辐照方式对南酸枣糕品质及货架期的影响

毛青秀 徐远芳 陈渠玲 张祺玲 李文革 杨 毅

南酸枣糕是以天然南酸枣[Choerospondiasaxillaris(Roxb.) Burtt et Hill]的果实为主要原料加工而成的果糕类食品,其富含果胶、维生素、氨基酸、钙、铁、锌等多种营养成分[1]。但南酸枣糕在加工、贮运和销售过程中易污染、滋生多种微生物或生虫,目前关于南酸枣果实及其制品贮藏保鲜的研究较少。高阳等[2]研究表明,5 ℃低温贮藏能有效延缓南酸枣果实贮藏期间果皮颜色和果实质地的劣变;王日思等[3]研究发现,0.05%山梨酸钾或0.015%～0.050%焦亚硫酸钠均可有效抑制南酸枣皮浆微生物生长;余洋洋等[4]研究发现,采用铝箔袋真空包装的南酸枣泥经500 MPa超高压处理10 min或90 ℃热处理3 min均能达到商业无菌的效果,但超高压比热处理能更好地保持其原有品质;黄志勇等[5]研究表明,采用8.0 kGy剂量辐照处理南酸枣糕的杀菌效果最佳,色、香、味基本保持不变,对总糖含量无显著影响。

南酸枣糕属于一种黏弹性果糕,其凝胶性能及质构特性是决定其品质的重要指标[1,6]。传统的高温高压灭菌方法在很大程度上会影响南酸枣糕的质构特性,因而不适用于该产品灭菌。超高压技术可能影响其凝胶性能,且加工成本高昂。辐照技术作为一种重要的食品冷杀菌技术,得到了众多国家和国际食品组织及专业团体的认可和支持,现已被广泛应用于多种食品的加工[7-9]。目前用于食品辐照的辐射源主要包括Co-γ射线和能量不超过10 MeV的电子束,Co-γ射线和电子束属于不同类型的射线,两者辐照食品所产生的辐射效应不尽相同[10-11]。Co-γ射线穿透能力强,电子束辐照效率高,两种辐照方式各具优势[12]。60Co-γ射线辐照技术在食品加工中的研究较广泛,应用较成熟。近年来电子束辐照技术应用发展迅猛,但其加工食品的相关基础研究及其与60Co-γ射线辐照效应的差异性尚有待进一步深入[13]。研究以南酸枣糕为对象,拟采用不同剂量60Co-γ射线和电子束对其进行辐照处理,研究不同辐照方式及辐照剂量对南酸枣糕品质(微生物限量、理化指标及感官品质)、产品货架期(微生物限量、感官品质)的影响,以期为辐照技术在南酸枣糕中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南酸枣糕:外观呈棕黄色,长条形,薄片状,用镀铝膜包装袋包装,每袋约(10.0±0.5) g,湖南浏阳某南酸枣糕加工企业;

平板计数琼脂、孟加拉红琼脂、结晶紫中性红胆盐琼脂、煌绿乳糖胆盐:广东环凯微生物科技有限公司;

乳酸、苹果酸、富马酸、己二酸标准品:上海阿拉丁生化科技股份有限公司;

葡萄糖、L(+)-抗坏血酸标准品、酒石酸、柠檬酸、丁二酸标准品:国药集团化学试剂有限公司;

甲醇、无水乙醇:色谱纯,国药集团化学试剂有限公司;

硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、盐酸、磷酸、氢氧化钠、无水乙醚等:国产分析纯;

电子束辐照加工系统:IS1020型,10 MeV/20 kW,同方威视技术股份有限公司;

立式压力蒸汽灭菌锅:LDZX-50KBS型,上海申安医疗器械厂;

超净工作台:FW-CJ-2FD型,苏州净化设备有限公司;

生化培养箱:SPX-250B型,天津泰斯特仪器有限公司;

霉菌培养箱:MJ型,上海一恒科学仪器有限公司;

全自动凯氏定氮仪:FOSS2300型,丹麦福斯分析仪器公司;

热风循环干燥箱:HF-3型,吴江华飞电热设备有限公司;

气相色谱仪:GC 2010型,日本岛津公司;

液相色谱仪:LC 20AT型,日本岛津公司;

液相色谱仪:e2695型,美国沃特世公司;

电子分析天平:AL204型,梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司;

pH计:FE28型,梅特勒—托勒多仪器(上海)有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 南酸枣糕制作工艺

新鲜的南酸枣果实→选果→洗果→蒸煮→去皮去核→配料(紫苏粉、辣椒粉等)→搅拌→成形→烘烤→冷却→分切→包装→南酸枣糕产品

1.2.2 试验设计 选取南酸枣糕包装产品进行分装,每份约500 g,每个剂量处理设置3个平行,共计33份。试验样品分别采用60Co-γ射线和电子束进行辐照处理,辐照剂量分别设定为0,2,4,6,8,10 kGy。辐照完成后,试验样品置于4 ℃下冷藏并立即进行各项指标检测。采用4～10 kGy范围工艺剂量辐照处理南酸枣糕批量产品,以南酸枣糕生产企业各批次常温贮存下留样产品为试验材料,考察采用工艺剂量辐照处理南酸枣糕产品的货架期。

60Co-γ射线辐照在湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所湖南辐照中心进行,放射源为60Co,放射性活度为2.44×1016Bq,单板源,采用动态步进方式辐照。辐照过程采用重铬酸银和重铬酸钾(银)剂量计进行剂量跟踪,剂量计经中国计量科学研究院国家剂量保证服务(NDAS)比对标定。电子束辐照在湖南湘华华大生物科技有限公司进行,功率为15 kW,电子束能量为10 MeV。辐照过程用剂量片(FWT-60)进行剂量跟踪,剂量片经中国计量科学研究院国家剂量保证服务(NDAS)比对标定。

1.2.3 微生物检测

(1) 菌落总数:按GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》执行。

(2) 大肠菌群:按GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数测定》执行。

(3) 霉菌:按GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数测定》执行。

(4) 沙门氏菌:按GB 4789.4—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 沙门氏菌检验》执行。

(5) 金黄色葡萄球菌:按GB 4789.10—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 金黄色葡萄球菌检验》中的第二法执行。

1.2.4 理化指标检测

(1) 蛋白质含量:按GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的第一法(凯式定氮法)执行。

(2) 脂肪含量:按GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的第二法(酸水解法)执行。

(3) 总糖含量:按GB/T 10782—2021《蜜饯质量通则》执行。

(4)L(+)-抗坏血酸含量:按GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》中的第一法(高效液相色谱法)执行。

(5) 有机酸含量:按GB 5009.157—2016《食品安全国家标准 食品中有机酸的测定》执行。

(6) pH值测定:按GB/T 10468—1989《水果和蔬菜产品pH值的测定方法》执行。

1.2.5 感官评价 参照GB/T 10782—2021《蜜饯质量通则》的检验方法,取适量南酸枣糕置于洁净的白色盘中,在自然光下观察其色泽,闻其气味,用温开水漱口,品尝其滋味,用不锈钢刀将其切开,用目测、手感检验其组织状态。

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 辐照对南酸枣糕品质的影响

2.1.1 辐照对南酸枣糕微生物限量的影响 南酸枣糕属于果糕类蜜饯,产品致病菌限量应符合GB 29921—2021《食品安全国家标准 食品中致病菌限量》中即食果蔬制品类的规定,微生物限量还应符合GB 14884—2016《食品安全国家标准 蜜饯》的规定。由表1可知,对照组南酸枣糕中菌落总数为4.1×102CFU/g,霉菌为1.3×102CFU/g,大肠菌群<10 CFU/g,沙门氏菌和金黄色葡萄球菌未检出。采用2～10 kGy梯度剂量60Co-γ射线和电子束辐照处理南酸枣糕,结果表明两种射线辐照对南酸枣糕微生物均有明显的杀菌效果,4 kGy辐照后,样品中各微生物指标均未检出。关于两种射线杀菌能力的差异,张祺玲等[13]研究发现,60Co-γ射线对红碎茶的杀菌能力强于电子束辐照,与试验结果不一致,可能与辐照过程中实际吸收剂量的大小有关。通常情况下,辐照杀灭微生物的有效性受微生物辐射耐受性及其数量的影响,微生物的耐受性越强、数量越多,杀灭微生物所需要的辐照剂量越高[14]。试验结果表明,采用4 kGy剂量的60Co-γ射线和电子束辐照处理南酸枣糕,产品微生物限量符合相关国家标准的规定。

表1 60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕微生物指标的影响

2.1.2 辐照对南酸枣糕一般营养成分的影响 由图1可知,南酸枣糕中营养成分以总糖为主,其含量高达65.11 g/100 g,L(+)-抗坏血酸含量为433.00 mg/kg,蛋白质、脂肪含量相对较低。与对照组相比,不同剂量60Co-γ射线辐照后南酸枣糕中蛋白质含量显著降低(P<0.05),电子束辐照后其含量先升高后降低;60Co-γ射线和电子束辐照后南酸枣糕中脂肪和总糖含量总体变化幅度较小。分别以南酸枣糕中蛋白质、脂肪和总糖含量与辐照剂量进行相关性分析,3种营养成分的Pearson相关系数介于-0.6与0.6之间,表明南酸枣糕中各营养成分含量的变化与辐照剂量均无明显的相关性。南酸枣糕中蛋白质和脂肪含量较低,且辐照对其含量的影响十分有限,不会对南酸枣糕营养品质产生很大影响。因此,采用10 kGy以内60Co-γ射线和电子束辐照处理对南酸枣糕蛋白质、脂肪和总糖含量影响不大。

字母不同表示不同剂量辐照后样品差异显著(P<0.05)

抗坏血酸又名维生素C,是果蔬中重要的营养成分和生物活性物质,其稳定性较差,在食品加工及贮藏过程中易受到破坏而降低其含量[15]。辐照剂量为2 kGy时,60Co-γ射线和电子束辐照后南酸枣糕中L(+)-抗坏血酸的含量均减少10%以上,4～10 kGy剂量范围内,随着辐照剂量增大其含量逐渐降低,且60Co-γ射线辐照样品降低幅度大于电子束辐照。60Co-γ射线和电子束辐照处理南酸枣糕中L(+)-抗坏血酸含量的Pearson相关系数分别为-0.967和-0.840,且L(+)-抗坏血酸含量与辐照剂量之间极显著相关(P<0.01)。结果表明,2～10 kGy的60Co-γ射线和电子束辐照能显著降低南酸枣糕中L(+)-抗坏血酸含量。

目前,辐照对食品中抗坏血酸影响的研究较多,但大多数研究结果都表明辐照能降低食品中抗坏血酸含量[15]。如张娟琴等[16]研究表明,经4.0 kGy剂量电子束辐照后双孢菇中维生素C含量较对照组降低了31.1%,与试验结论相似。罗梦等[17]研究发现,0.5 kGy剂量的γ射线辐照可以有效延缓柑橘果实坏血酸在贮藏期间的降解,而当剂量达到1 kGy时辐照组果实抗坏血酸含量在贮藏后期则低于对照组。维生素C是对辐射最敏感的水溶性维生素之一,但辐照可使抗坏血酸转变为脱氢抗坏血酸,后者也有一定的生物活性,并且人体吸收后可以转化为抗坏血酸,故实际维生素C破坏很少[15]。在西方国家,经批准食品辐照所导致的维生素损失被认为在营养上并不重要[18]。Ramirez-Cahero等[19]研究了维生素C的辐解途径,发现辐照后维生素C溶液中鉴定出羧酸类、2-呋喃醛、5-羟甲基-2-呋喃醛、糠醇、2-呋喃酸和2(5H)-呋喃酮。

2.1.3 辐照对南酸枣糕有机酸的影响 南酸枣果实中含有极为丰富的有机酸,含量高达5.22%～8.13%[20]。南酸枣果肉中有机酸的含量和相对比例可能是南酸枣糕酸味独特的主要原因之一,李俶等[21]研究表明南酸枣及南酸枣糕中含有7种有机酸,柠檬酸和苹果酸为主要成分。试验发现,经不同剂量60Co-γ射线和电子束辐照后南酸枣糕有机酸以柠檬酸为主,含量为16.15 g/kg,此外还含少量富马酸(见图2),苹果酸、酒石酸、乳酸、己二酸和丁二酸均未检出。由于有机酸易溶于水,南酸枣糕制作过程中漂烫处理会造成有机酸大量损失,导致南酸枣糕中有机酸含量减少[20]。刘成梅等[22]研究发现,南酸枣皮经过水浴脱涩处理后总酸含量(以柠檬酸计)由3.31%下降至0.69%,表明水浴脱涩对南酸枣皮的酸度有显著影响,造成一定的酸损失。与对照组相比,60Co-γ射线和电子束辐照后南酸枣糕中柠檬酸和富马酸含量均无显著差异(P>0.05)。这与Carocho等[23]的研究结果一致。因此,采用10 kGy以内60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕有机酸含量无明显影响。

图2 60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕有机酸的影响

2.1.4 辐照对南酸枣糕pH值的影响 由图3可知,辐照前南酸枣糕的pH值为3.21,呈酸性,经2～10 kGy梯度剂量的60Co-γ射线和电子束辐照后,不同剂量辐照处理南酸枣糕的pH值与对照组相比均无显著差异(P>0.05)。pH值主要取决于南酸枣糕中有机酸含量,辐照对南酸枣糕pH值无明显影响,这与前述研究中关于辐照对有机酸含量无明显影响的结论一致。结果表明,10 kGy以内剂量60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕pH值无明显影响。有机酸含量是影响南酸枣糕风味口感的主要因素之一,在南酸枣糕实际加工中,生产企业通常会添加外源柠檬酸调整南酸枣糕的甜酸比来保持其口味协调[20]。

图3 60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕pH值的影响

2.1.5 辐照对南酸枣糕感官品质的影响 未经辐照处理的南酸枣糕外观呈棕黄色,具有清淡香味、无异嗅,口感绵软酸甜、无异味,柔软紧密有黏性。经不同剂量60Co-γ射线和电子束辐照后,南酸枣糕仍具有该产品固有的色泽、滋味、气味和组织状态,不会产生异嗅或异味,仅当辐照剂量达到10 kGy时,南酸枣糕的色泽略微变淡,但这种感官上色泽的细微变化对南酸枣糕感官品质无明显影响(见表2)。黄志勇等[5]研究发现,6,8 kGy剂量60Co-γ射线辐照后南酸枣糕色泽稍有变淡,由深褐色变为灰褐色,但不明显,与试验结果相似。因此,10 kGy以内剂量60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕感官品质无明显影响。

表2 60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕感官品质的影响

2.2 辐照对南酸枣糕货架期品质的影响

2.2.1 辐照对南酸枣糕货架期微生物限量的影响 根据前述60Co-γ射线和电子束辐照处理南酸枣糕的梯度剂量试验结果,将4～10 kGy设定为南酸枣糕辐照杀菌的工艺剂量,采用该工艺剂量辐照处理南酸枣糕批量产品,以微生物限量和感官品质为评价指标,考察在常温下贮藏0～360 d产品的货架期品质。由表3可知,经两种射线辐照处理的南酸枣糕在常温下贮藏360 d内的菌落总数、大肠菌群及霉菌均<10 CFU/g。因此,采用4～10 kGy工艺剂量60Co-γ射线和电子束辐照处理南酸枣糕批量产品,在常温下贮藏360 d,产品微生物限量符合GB 14884—2016《食品安全国家标准 蜜饯》的规定。

表3 60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕货架期微生物指标的影响

2.2.2 辐照对南酸枣糕货架期感官品质的影响 由表4可知,在常温下贮藏360 d,经4～10 kGy工艺剂量60Co-γ射线和电子束辐照后南酸枣糕气味和滋味无明显差别,但产品色泽和状态随着贮藏时间增加发生明显变化。贮存90 d后,样品保持固有的棕黄色不变,180 d后样品颜色稍微加深,呈棕色,360 d后颜色变为深棕色,但无霉变或生虫。余雯等[24]研究表明,南酸枣糕在贮藏过程中的褐变主要由美拉德反应和还原型抗坏血酸氧化引起,褐变速率和程度取决于贮藏时间和温度。刘成梅等[22]研究认为,可能是由于水浴加热处理破坏了南酸枣皮中过氧化物酶和多酚氧化酶等氧化酶的活性,使酶钝化。徐鹏程等[25]研究表明,辐照能通过破坏酶的空间结构,导致酶的三级结构改变、功能活性丧失,从而起到灭酶的作用。南酸枣糕中的抗坏血酸可能由于非酶促褐变氧化形成脱氢抗坏血酸,再经一系列反应形成褐色素,从而导致产品颜色变深[26]。0～270 d贮藏期内,南酸枣糕的组织状态变化不大,贮藏360 d后,样品柔软度和黏性降低。因此,

表4 60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕货架期感官品质的影响

采用4～10 kGy工艺剂量60Co-γ射线和电子束辐照南酸枣糕,在0～360 d贮藏期内,产品颜色和组织状态的变化是由于产品自身的褐变,与辐照无直接关系。

3 结论

采用0～10 kGy梯度剂量的60Co-γ射线和电子束辐照处理南酸枣糕,结果表明,两种射线辐照对南酸枣糕均具有明显的杀菌作用,经4 kGy剂量辐照后样品中微生物限量指标菌(菌落总数、大肠菌群、霉菌)和致病菌限量指标菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌)均未检出。由于南酸枣糕含水量高,易于微生物的生长、繁殖或生虫,在实际生产应用中,建议采用不低于4 kGy剂量进行辐照,以确保货架期产品的卫生质量。60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕中蛋白质、脂肪、总糖、有机酸(以柠檬酸为主)、pH值及感官品质均无明显影响,但两种射线辐照后南酸枣糕中L(+)-抗坏血酸含量显著降低(P<0.05),与辐照剂量呈负相关,且60Co-γ射线辐照对其影响效应大于电子束辐照。因此,不超过10 kGy剂量的60Co-γ射线和电子束辐照对南酸枣糕的营养成分及感官品质总体影响很小。设定4～10 kGy剂量范围的60Co-γ射线和电子束辐照处理的南酸枣糕在常温条件下贮存360 d,微生物限量指标菌(菌落总数、大肠菌群、霉菌)均<10 CFU/g。南酸枣糕的气味、滋味和组织状态无明显变化,但其色泽会随着贮藏时间延长发生褐变,从而影响产品的外观。综上所述,60Co-γ射线和电子束辐照是南酸枣糕杀菌贮存的有效方法,推荐南酸枣糕辐照杀菌的工艺剂量为4～10 kGy,但考虑两种辐照方式处理后南酸枣糕中L(+)-抗坏血酸含量显著降低的影响,实践中在保证最低有效杀菌剂量的基础上应尽量采用低剂量进行辐照,以最大限度保持产品的原有品质。